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Análisis matemático optimizaría uso de controladores industriales

Mediante la implementación conjunta de distintos parámetros matemáticos, los controladores de procesos en plantas de las industrias térmica, metalúrgica, de cerámicas, plásticos, generación eléctrica y productos químicos, entre otras, mejorarían la producción y reducirían hasta en un 40 % los costos en sistemas de baja complejidad.

Bogotá D. C., 03 de febrero de 2021Agencia de Noticias UN-

En las plantas industriales los controladores podrían mejorar hasta en un 40 % su funcionamiento en sistemas no lineales (sencillos y complejos). Fotos: archivo Unimedios.

Esteban Tamayo Lopera, ingeniero químico de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín.

La investigación ocupó el primer lugar en la categoría “Tecnologías apropiadas” del Concurso Nacional Otto de Greiff, en su versión 2020.

Para el trabajo se hicieron pruebas experimentales en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la UNAL Sede Medellín.

El modelo propuesto representa una importante ayuda económica para las industrias.

Con esta metodología se encontró que cuando entra una perturbación externa –como la apertura de una válvula– el sistema se estabiliza rápidamente y de forma más eficiente.

Así lo evidencia la investigación de Esteban Tamayo Lopera, ingeniero químico de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, en la cual se desarrolla una guía que explica cómo se comportan matemáticamente ciertos controladores en los procesos industriales, cómo van cambiando y qué se puede esperar de ellos.

Los controladores permiten automatizar la producción industrial y mantenerla dentro de unos valores estipulados, sin que estos cambien por alguna perturbación externa. Además permiten llevar cada proceso a través de una trayectoria deseada evitando que el sistema se desestabilice.

Estos se dividen en controles lineales (sencillos y sin grandes cambios), y no lineales (incluyen factores matemáticos más complejos). En estos últimos se desarrolla un único controlador para cada proceso, lo que aumenta su costo, por lo cual el estudio plantea adaptar un controlador sencillo que pueda controlar eficazmente un proceso no lineal sin incurrir en más costos.

“La mayoría de los procesos industriales son no lineales, como en el caso de la ingeniería química, de separación, de reactores, enfriamiento, y transferencia de calor”, detalla el estudio.

En el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la UNAL se hicieron pruebas experimentales en las cuales se analizaron casos reales de controladores lineales y no lineales para casos sencillos –como un tanque pulmón, encargado de llevar aire a diferentes partes de la planta– y otros complejos, como un separador flash, que separa componentes de una planta industrial en gas y líquido.

Normalmente, para casos como el del tanque flash se utilizan varios controladores –de temperatura, de presión y de nivel del tanque, entre otros–, pues el sistema resulta tan complejo que no existe un solo controlador que logre abarcar todo el proceso en conjunto.

Sin embargo, después del análisis matemático el investigador descubrió que en ciertos puntos se puede operar sin algunos de estos controladores, garantizando la operación sin necesidad un controlador adicional, sino utilizando controladores sencillos.

Este método representaría una ayuda económica importante para las industrias, pues les evitaría comprar más controladores, que para sistemas complejos o no lineales son más grandes y costosos.

Aunque los costos monetarios dependen de la industria y del proceso, sí se disminuye el desgaste de las piezas y de los elementos de control, aumentando la vida útil de estos mismos elementos.

“Tras probar la metodología evidenciamos que esta funciona eficazmente tanto en sistemas con no-linealidades suaves como en sistemas complejos con no-linealidades fuertes, de variables correlacionadas entre sí y de parámetros variantes en el tiempo, ya que dichos sistemas son bastante complejos de simular, operar, diseñar y controlar”, detalla el ingeniero.

Investigación premiada

La investigación del ingeniero químico Tamayo ocupó el primer lugar en la categoría “Tecnologías apropiadas” del Concurso Nacional Otto de Greiff, en su versión 2020.

El Concurso Otto de Greiff es un certamen creado por la UNAL, en un esfuerzo conjunto con las universidades de Antioquia, de los Andes, Bolivariana, EAFIT, Javeriana, del Norte, del Rosario, Industrial de Santander y del Valle, con el fin de fortalecer sus relaciones interinstitucionales para promover la investigación y las comunidades académicas.

En este concurso se evalúan los mejores trabajos de grado en programas de pregrado realizados en el año anterior a la convocatoria del concurso, en cada una de las universidades miembros. Participan los trabajos que hayan sido seleccionados mediante un concurso interno, entre aquellos que obtuvieron menciones honoríficas, meritorias, laureadas o premios especiales.

“Para mí este reconocimiento, más que personal, es para la Universidad que tanto me ha aportado en todo el proceso. Es un orgullo colectivo saber que la investigación dejó de ser reconocida solo en la Institución para serlo en todo el país, en el área de tecnologías aplicadas”, señala el ingeniero Tamayo.

Junto a Esteban Tamayo también fueron premiados los egresados de la UNAL Karen Cárdenas Martínez –primer lugar en la categoría “Ciencias naturales”– y Santiago Ferrer, tercer lugar en la categoría “Creatividad y expresión en artes y letras”.

(Por: fin/SMC/MLA/LOF
)
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